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        煤礦井下噴霧降塵噴嘴直徑對除塵效果的影響實(shí)驗(yàn)分析

        2022-09-25 03:57:16
        機(jī)械管理開發(fā) 2022年8期
        關(guān)鍵詞:降塵除塵粉塵

        張 靜

        (晉能控股煤業(yè)集團(tuán)四臺礦,山西 大同 037001)

        引言

        煤礦的開采過程中會產(chǎn)生大量的粉塵,特別是現(xiàn)代機(jī)械化開采作業(yè)的應(yīng)用,使得工作面的粉塵濃度較大,對煤礦的安全生產(chǎn)造成嚴(yán)重的隱患,且容易對井下作業(yè)人員的生命健康造成威脅。粉塵不利于開采工作的持續(xù)進(jìn)行,采用一定的除塵措施是進(jìn)行煤礦生產(chǎn)必需的作業(yè)內(nèi)容。通過向開采工作面噴射霧滴的形式進(jìn)行噴霧除塵[1],是除塵效果較好的物理除塵方式,且在其他多種施工中也具有廣泛的應(yīng)用。對于噴霧降塵的理論研究相對不足,特別是對噴嘴的直徑對除塵效果產(chǎn)生的影響[2],也缺少相應(yīng)的理論分析,采用實(shí)驗(yàn)測試的形式對噴嘴直徑對除塵產(chǎn)生的效果進(jìn)行分析[3],從而為煤礦的除塵設(shè)計(jì)應(yīng)用提供參考,降低工作面的粉塵濃度,提高煤礦的安全性。

        1 噴霧降塵實(shí)驗(yàn)測試系統(tǒng)的構(gòu)建

        噴霧降塵是通過向工作面含塵空氣中噴灑霧滴,使噴出的霧滴與粉塵發(fā)生碰撞、截留、靜電等作用,從而實(shí)現(xiàn)降塵的目的。對噴嘴的直徑所引起的降塵效果的不同進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析,首先進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測試系統(tǒng)的構(gòu)建[4]。依據(jù)噴霧降塵的原理及巷道工作面的除塵布置,建立降塵實(shí)驗(yàn)測試系統(tǒng)如圖1 所示。系統(tǒng)中采用干粉氣溶膠擴(kuò)散器作為發(fā)塵器,并由粒度分析儀、粉塵濃度測定儀、采樣器及噴霧系統(tǒng)等組成,通過噴霧高壓泵外接自來水形成除塵噴霧。采用煤粉作為粉塵介質(zhì)[5],氣溶膠擴(kuò)散器向系統(tǒng)中輸送煤粉形成氣溶膠顆粒進(jìn)行除塵測試。發(fā)塵器在一定范圍內(nèi)可以進(jìn)行輸出范圍的調(diào)節(jié),從而可以控制粉塵的濃度[6]。

        圖1 噴霧降塵實(shí)驗(yàn)測試系統(tǒng)示意圖

        對霧化除塵的效果進(jìn)行評價(jià),采用粉塵濃度測定儀進(jìn)行數(shù)據(jù)的測量,測定儀采用中央處理器進(jìn)行現(xiàn)場粉塵濃度的檢測及數(shù)據(jù)的直接讀取,實(shí)現(xiàn)恒流量的取樣測試,測試的濃度值準(zhǔn)確可靠。測定儀對粉塵濃度的測量范圍為0~1 g/m3,測量的誤差值小于10%,可對呼吸性粉塵及全塵進(jìn)行采樣測量[7],采樣的流量為2 L/min。

        對噴嘴直徑不同產(chǎn)生的除塵效果,分別對呼吸性粉塵及全塵進(jìn)行采樣測量,分析其不同的影響作用。進(jìn)行呼吸性粉塵采樣時(shí)設(shè)定采樣流量為20 L/min,全塵采樣時(shí)設(shè)定采樣流量為10~25 L/min。實(shí)驗(yàn)測試中采用螺旋形噴嘴[8],選擇噴嘴的直徑分別為1.0 mm、1.2 mm、1.5 mm、1.8 mm 及2.0 mm。噴霧除塵過程中,供水壓力及流量的不同會對除塵的效果產(chǎn)生不同的影響,因此,對供水壓力及流量的條件分別進(jìn)行測試,分析噴嘴直徑的影響作用。

        2 噴霧降塵實(shí)驗(yàn)測試效果的分析

        2.1 供水壓力一定時(shí)降塵效果實(shí)驗(yàn)分析

        在實(shí)驗(yàn)測試中,設(shè)定巷道的風(fēng)速為1 m/s,擴(kuò)散器的發(fā)塵量為380 mg/m3,在一定的供水壓力下選擇不同直徑的噴嘴進(jìn)行降塵實(shí)驗(yàn)。為進(jìn)一步分析煤礦應(yīng)用中應(yīng)選用的噴嘴直徑,調(diào)整供水的壓力進(jìn)行多輪次實(shí)驗(yàn),對系統(tǒng)的全塵降塵效率進(jìn)行統(tǒng)計(jì)計(jì)算,得到不同直徑的噴嘴降塵效率如圖2 所示。

        圖2 不同噴嘴直徑的全塵降塵效率分布曲線

        從圖2 中可以看出,不同直徑的噴嘴結(jié)構(gòu)對工作面全塵的除塵效率隨著供水壓力的增加呈現(xiàn)一致的分布曲線,隨著供水壓力的增加,除塵率均呈上升的趨勢;在不同的噴嘴直徑中,隨著噴嘴直徑的增加,全塵的除塵率也逐漸增加。同時(shí)可以看到,噴嘴直徑增加所引起的全塵除塵率的增加量逐漸減小,這是由于在噴嘴直徑增加的過程中,對單位時(shí)間內(nèi)形成的霧化水的密度增加,噴霧霧化角增大[9],使得霧滴與粉塵相互碰撞的概率增多,從而使得除塵率增加,同時(shí)隨著噴嘴直徑的逐步增加,形成的霧化顆粒的粒度較大,而減小了噴霧的射程,從而使得除塵率的增加量有所減小[10]。

        采用同樣的條件對呼吸性粉塵的除塵率進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測試,得到不同直徑的噴嘴降塵效率如圖3 所示。從圖3 中可以看出,在噴嘴直徑增加的過程中,對呼吸性粉塵的降塵率呈先增加后減小的規(guī)律,噴嘴的直徑在1.0~1.5 mm 時(shí),降塵率隨噴嘴直徑的增加而增加,當(dāng)噴嘴的直徑進(jìn)一步增加時(shí),產(chǎn)生的降塵率則隨之下降,且產(chǎn)生較大的波動。在相同的供水壓力下,隨著噴嘴直徑的增加,單位空間內(nèi)形成的霧化水量增加,有利于對呼吸性粉塵的捕獲,當(dāng)噴嘴直徑大于1.5 mm 時(shí),隨著噴嘴直徑增加產(chǎn)生的霧滴的粒徑增加較大,對噴霧形成的霧化角有所下降,降低了對呼吸性粉塵的捕獲效果[11],從而造成除塵率的下降。在不同的供水壓力分布下,不同直徑的噴嘴產(chǎn)生的除塵率變化曲線基本一致,隨壓力的增加而有所增加,以1.5 mm 直徑的噴嘴產(chǎn)生的除塵效果最好,最大除塵率可達(dá)70%。

        圖3 不同噴嘴直徑的呼吸性粉塵降塵效率分布曲線

        2.2 供水流量一定時(shí)降塵效果實(shí)驗(yàn)分析

        在實(shí)驗(yàn)測試中,設(shè)定巷道的風(fēng)速為1 m/s,擴(kuò)散器的發(fā)塵量為380 mg/m3,在一定的供水流量下選擇不同直徑的噴嘴進(jìn)行降塵實(shí)驗(yàn)。選擇供水流量為1 m3/h進(jìn)行實(shí)驗(yàn),對系統(tǒng)的全塵及呼吸性粉塵的降塵效率進(jìn)行統(tǒng)計(jì)計(jì)算,得到不同直徑的噴嘴降塵效率如圖4 所示。

        圖4 不同直徑噴嘴的降塵效率分布曲線

        從圖4 中可以看出,在供水流量一致的情況下,不同直徑噴嘴對全塵及呼吸性粉塵除塵效果隨著直徑的增加而減小,且呼吸性粉塵除塵濾下降較多,全塵的除塵率下降較小。在噴嘴直徑小于1.5 mm 時(shí)全塵的除塵率變化不大,增加至最大2.0 mm 直徑時(shí)僅下降了8%,呼吸性粉塵的除塵率增加至2.0 mm 時(shí)下降了30%。在相同的供水流量下,不同直徑的噴嘴所產(chǎn)生的的霧化水量一致,則噴嘴直徑的增加使得水霧的壓力下降[12],從而造成霧滴粒徑的增加及射程的減小,對呼吸性粉塵的除塵效果產(chǎn)生較大影響。

        通過上述的分析可知,在供水量相同的情況下,應(yīng)盡量選擇較小的噴嘴保證良好的除塵效果,由于在實(shí)際的應(yīng)用過程中,水質(zhì)中常含有各種雜質(zhì),較小的噴嘴容易造成堵塞,不利于系統(tǒng)使用的穩(wěn)定可靠性,因此在供水量受限的工況下優(yōu)先選擇1.5 mm 直徑的噴嘴進(jìn)行除塵作業(yè)。

        3 結(jié)論

        1)在供水壓力相同的工況下,噴嘴直徑的增加導(dǎo)致對全塵的除塵率上升,對呼吸性粉塵的除塵率先增加后減小,噴嘴直徑為1.5 mm 時(shí)的效果最佳;

        2)在供水流量相同的工況下,噴嘴直徑的增加導(dǎo)致全塵及呼吸性粉塵的除塵率均下降,且呼吸性粉塵的除塵率下降較大。

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